Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом,
алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей
прочности: 30-40 кгс/мм^2 у сплавов и 25-29 кгс/мм2 у технически
чистой меди (табл. 35-39) .
Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых
бронз) не принимают термической обработки, и их механические
свойства и износостойкость определяются химическим составом и его
влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000
кгс/мм2 ниже, чем у стали) .
Основное преимущество медных сплавов - низкий коэффициент трения
(что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения)
, сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей
стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей
электропроводностью.
Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных
сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также
поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, a
следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а
пластичность у однофазных.
Марки медных сплавов
Марки обозначаются следующим образом.
Первые буквы в марке означают: Л - латунь и Бр. - бронза.
Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают: А
- алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н
- никель, О - олово, С свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор.
Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное
содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для
латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.
В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают содержание
основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые друг от
друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.
Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие
присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образом
содержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и
определяется по разности. Например, Л86 означает латунь с 68% Cu (в
среднем) и не имеющую других легирующих элементов, кроме цинка; его
содержание составляет (по разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь
с 60% Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1%, с железом (Ж)
в количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание цинка
(в среднем) определяется вычетом из 100% суммы процентов содержания
меди, алюминия, железа и марганца.
В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента
меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв,
отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание
легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и
буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом.
Например, Бр. ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О) ~ 4% и
цинка (Ц) ~ 3%. Содержание меди определяется по разности (из 100%) .
Бр. АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al, 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu) .
Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si, и 1% Mn (и 96% Cu) .
1. Медно-цинковые сплавы. Латуни (табл. 35) .
По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по
структуре - однофазные и двухфазные.
Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.
Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая
у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70, Л67) . Латуни с более низким
содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70
в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они
поставляются в прокате и поковках.
Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом
при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются не только
в виде проката, но и в отливках. Пластичность их ниже чем у
однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет
влияния более твердых частиц второй фазы.
Прочность простых латуней 30-35 кгс/мм^2 при однофазной структуре и
40-45 кгс/мм^2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может
быть значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти
латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при
условии снятия напряжений, создаваемых холодной деформацией) .
2. Оловянные бронзы (табл. 36) .
Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни в прочности и
сопротивлении коррозии (особенно в морской воде) .
Однофазные бронзы в катаном состоянии, особенно после значительной
холодной пластической деформации, имеют повышенные прочностные и
упругие свойства (δ>= 40 кгс/мм^2) .
Для двухфазных бронз характерна более высокая износостойкость.
Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз - высокие литейные
свойства; они получают при литье наиболее низкий коэффициент усадки
по сравнению с другими металлами, в том числе чугунами. Оловянные
бронзы применяют для литых деталей сложной формы. Однако для
арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь в случае
небольших давлений пара.
Недостаток отливок из оловянных бронз - их значительная
микропористость.
Поэтому для работы при повышенных давлениях пара они все больше
заменяются алюминиевыми бронзами.
Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в которых
часть олова заменена цинком (или свинцом) .
3. Алюминиевые бронзы (табл. 37) .
Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заменяют
латуни и оловянные бронзы.
Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую
пластичность (δ до 60%) . Их используют для листов (в том числе
небольшой толщины) и штамповки со значительной деформацией. После
сильной холодной пластической деформации достигаются повышенные
прочность и упругость.
Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в виде
отливок. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть)
ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют
пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок.
Литейные свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших
количеств фосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для
котельной арматуры сравнительно простой формы, но работающей при
повышенных напряжениях.
Кроме того, алюминиевые двухфазные бронзы, имеют более высокие
прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. У сложных
алюминиевых бронз, содержащих никель и железо, прочность составляет
55-60 кгс/мм^2.
Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против
коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере.
Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д. В виде
лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в
частности для токоведущих пружин.
4. Кремнистые бронзы (табл. 38) Применение кремнистых бронз
ограниченное. Используются однофазные бронзы как более пластичные.
Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости
в щелочных (в том числе сточных) средах.
Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных
средах.
Кремнистые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в
результате сильной холодной деформации приобретают повышенные
прочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для
различных упругих злементов.
5. Бериллиевые бронзы.
Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (σ до 120 кгс/мм
^2) и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью.
Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь
для особо ответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент,
проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических
машинах, аппаратах и приборах.
Указанные свойства бериллиевые бронзы после закалки и старения, т.к.
растворимость бериллия в меди уменьшается с понижением температуры.
Выделение при старении частиц химического соединения CuBe повышает
прочность и уменьшает концентрацию бериллия в растворе меди.
|